等通道彎角擠壓(ECAP)變形機(jī)理數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究

1、山東大學(xué)博士學(xué)位論文等通道彎角擠壓(ECAP變形機(jī)理數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究姓名:徐淑波申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:博士專(zhuān)業(yè):材料加工工程指導(dǎo)教師:趙國(guó)群20061015 第二章ECAP力學(xué)機(jī)理與剛塑性有限元理論2.5.3本文采用的有限元模擬系統(tǒng)2.5.3.1二維有限元模擬系統(tǒng)113,119-120I對(duì)于方形通道ECAP工藝可以簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問(wèn)題,本文采用CASFORM/PC 進(jìn)行分析。CASFORM(ComputerAided SimulatiOn for FORMing Processes是山東大學(xué)模具工程技術(shù)研究中開(kāi)發(fā)的一套具有自主版權(quán)的體積成形有限元分析軟件。該軟件能夠分析各種體積成形工藝,包括鍛造、擠壓

2、、拉拔等,能夠預(yù)測(cè)缺陷的生成,驗(yàn)證和優(yōu)化工藝/模具設(shè)計(jì)方案;既能模擬等溫成形過(guò)程,也可以模擬非等溫成形過(guò)程;既可進(jìn)行單工位成形分析,也可進(jìn)行多工位成形分析113,119-120l。CASFORM是在Windows環(huán)境下,使用Visual C+、OpenGL和Powerstation FORTRAIN等開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)而成,很好地實(shí)現(xiàn)了圖形化用戶(hù)界面和計(jì)算結(jié)果的可視化。CASFORM軟件主要由前處理模塊、有限元分析模塊、后處理模塊、有限元網(wǎng)格生成模塊和網(wǎng)格再劃分及數(shù)據(jù)傳遞模塊等,以及模擬結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)等組成。圖2.5為CASFORM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,其中圖2-5(a為CASFORM軟件的主界面,圖25(b

3、為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。用戶(hù)通過(guò)前處理模塊,可完成有限元分析的建模過(guò)程。通過(guò)前處理,可方便地輸入各種控制參數(shù)和材料參數(shù),完成模具和工件形狀的定義、有限元網(wǎng)格的劃分、運(yùn)動(dòng)的定義、邊界條件的施加等操作。有限元分析模塊是CASFORM的核心模塊。它是基于剛塑性和剛粘塑性有限元的理論編寫(xiě)而成。后處理模塊以豐富的圖形展現(xiàn)有限元分析的結(jié)果。32 (a 第三章方形擠壓件等通道彎角擠壓過(guò)程數(shù)值模擬第三章方形擠壓件等通道彎角擠壓過(guò)程數(shù)值模擬3.I引言長(zhǎng)期以來(lái),設(shè)計(jì)或開(kāi)發(fā)一個(gè)工藝基本是以生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為主要依據(jù)。在設(shè)計(jì)時(shí),不是以金屬在擠壓過(guò)程中的真實(shí)流動(dòng)規(guī)律和具體的流動(dòng)狀態(tài)為基礎(chǔ),而是依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)公式,根據(jù)估計(jì)和判斷來(lái)

4、進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種以經(jīng)驗(yàn)為主的設(shè)計(jì)方法存在很大的局限性,缺乏可靠的依據(jù)119,120。ECAP工藝是一種通過(guò)劇烈塑性變形達(dá)到晶粒細(xì)化的新穎方法,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中往往因模具設(shè)計(jì)、模具材料、精密加工以及設(shè)備能力等要求,造成時(shí)間和費(fèi)用的極大浪費(fèi)。近年來(lái),以有限元為代表的數(shù)值模擬方法已廣泛應(yīng)用于各種金屬成形問(wèn)題的求解分析中,實(shí)現(xiàn)了金屬全成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真。本章應(yīng)用有限元數(shù)值模擬技術(shù)研究ECAP工藝,通過(guò)研究可獲得擠壓全過(guò)程的材料塑性變形行為,包括流動(dòng)規(guī)德,幾何形狀變化,材料變形的力學(xué)行為以及材料內(nèi)部應(yīng)力和應(yīng)變分布等?？蔀镋CAP實(shí)用化的模具設(shè)計(jì)、工藝路線規(guī)劃和設(shè)備選擇提供大量有效的信息和必要的技術(shù)支持。 圖3.I等方形截面通道彎角擠壓工藝示意圖Fig.3一l Schematic dia掣am